Redevelopment of fractures and permeability changes after multi-seam mining of shallow closely spaced coal seams

• Autorzy: Liu Zhenqi , Zhong Xiaoxing , Botao Qin , Ren Hongwei , Gao Ang

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2019.129376

Warianty tytułu

PL

Powstawanie spękań wtórnych i zmiany przepuszczalności skał wskutek eksploatacji wielo-pokładowej złóż węgla w płytkich i blisko zalegających pokładach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Mining the lower seams in a sequence of shallow, closely spaced coal seams causes serious air leakage in the upper goaf; this can easily aggravate spontaneous combustion in abandoned coal. Understanding the redevelopment of fractures and the changes in permeability is of great significance for controlling coal spontaneous combustion in the upper goaf. Based on actual conditions at the 22307 working face in the Bulianta coal mine, Particle Flow Code (PFC) and a corresponding physical experiment were used to study the redevelopment of fractures and changes in permeability during lower coal seam mining. The results show that after mining the lower coal seam, the upper and lower goafs become connected and form a new compos ite goaf. The permeability and the number of fractures in each area of the overlying strata show a pattern of „stability-rapid increase-stability“ as the lower coal seam is mined and the working face advances. Above the central area of goaf, the permeability has changed slightly, while in the open-cut and stop line areas are significant, which formed the main air leakage passage in the composite goaf.

PL

Wybieranie kolejnych płytkich sąsiadujących ze sobą pokładów w ramach eksploatacji złóż węgla prowadzi do znaczących wypływów powietrza w zrobach leżących powyżej, co spowodować może wzrost zagrożenia pożarowego wskutek samo-zapłonu węgla pozostałego w zrobach. Dokładne zrozumienie zjawiska powstawania wtórnych spękań skał oraz zmian w ich przepuszczalności ma podstawowe znaczenie dla skutecznego zapobiegania samo-zapłonom węgla w zrobach zalegających powyżej pokładów wybieranych. W oparciu o dane dotyczące aktualnych warunków panujących w rejonie ściany nr 22307 w kopalni węgla Bulianta i wykorzystując oprogramowanie Particle Flow Code (PFC) a także wyniki odpowiednich eksperymentów fizycznych, przeanalizowano procesy powstawania wtórnych spękań skał i zmian ich przepuszczalności w trakcie wybierania niżej zalęgających pokładów wskutek połączenia zrobów leżących na różnych poziomach i powstania nowe-go, połączonego obszaru zrobów. Przepuszczalność i ilość spękań w każdym obszarze warstw nadkładu kształtuje się według schematu: ‘stabilność-gwałtowny wzrost-stabilność’ w miarę postępu przodka i postępowania prac w niżej zalegającym pokładzie. W warstwach nadkładu leżących bezpośrednio ponad środkową częścią zrobów obserwuje się nieznaczne zmiany przepuszczalności, podczas gdy w obszarach wybierania i w obszarach gdzie wybieranie się zakończyło zmiany przepuszczalności będą znaczne, prowadząc do powstania głównego korytarza wypływu powietrza w nowo-powstałym, połączonym obszarze zrobów.

Słowa kluczowe

EN

shallow closely spaced coal seams; multi-seam mining; fracture redevelopment; permeability change

PL

pokłady węgla płytkie i blisko zalegające; eksploatacja wielopokładowa; powstawanie spękań wtórnych; zmiany przepuszczalności

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, no. 4
• Strony: 671--686
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Liu Zhenqi

• Key Laboratory of Gas and Fire Control for Coal Mines (China University of Mining and Technology), Ministry of Education, Xuzhou, 221116, China

autor

Zhong Xiaoxing

• School of Safety Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China

autor

Botao Qin

• Key Laboratory of Gas and Fire Control for Coal Mines (China University of Mining and Technology), Ministry of Education, Xuzhou, 221116, China

autor

Ren Hongwei

• Key Laboratory of Gas and Fire Control for Coal Mines (China University of Mining and Technology), Ministry of Education, Xuzhou, 221116, China

autor

Gao Ang

• Key Laboratory of Gas and Fire Control for Coal Mines (China University of Mining and Technology), Ministry of Education, Xuzhou, 221116, China

Bibliografia

• [1] Bear J., 1983. Dynamics of fluids in porous media. Beijing:China Architecture and Building Press, 1-345.
• [2] Cheng Zhiheng, Qi Qingxin, Li Hongyan et al., 2016. Evolution of the superimposed mining induced stress-fissure field under extracting of close distance coal seam group. Journal of China Coal Society 41 (2), 367-375.
• [3] Cheng Zhi-Heng, Qi Qing-Xin, Li Hong-Yan, Zhang Lang, Liu Xiao-Gang, 2017. Evolution of the superimposed mining induced stress-fissure field underextracting of close distance coal seam group. Journal of Safety Science and Technology 27 (6), 133-138.
• [4] Chu Tingxiang, Yu Minggao, Yang Shengqiang, JiaHailin, 2010. Air leaking induced by well developed coal fracturesand prevention of spontaneous combustion in goaf. Journal of Mining and Safety Engineering 27 (1), 87-93.
• [5] Cymbarerich M., 1957. Mine support. BeiJing: China Coal Industry Publishing House (in Chinese).
• [6] Fan Gang-Wei, Zhang Dons-Sheng, Ma Li-Qiang, 2011. Overburden movement and fracture distribution induced by longwall of the shallow coal seam in the Shendong mining coalfield. Journal of China University of Mining and Technology 40 (2), 196-201.
• [7] Guo H., Yuan L., Shen B., Qu Q., Xue J., 2012. Mining-induced strata stress changes, fractures and gas flow dynamics in multi-seam longwall mining. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 54 (3), 129-139.
• [8] Holla L., 2012. Some Aspects of Strata Movement relating to Mining under Water Bodies in J’Tew South Wales, Australia. International Mine Water Association 2012.
• [9] Holla L., Buizen M., 1991. The ground movement, strata fracturing and changes in permeability due to deep longwall mining. International Journal of Rock Mechanics & Mining Science & Geomechanics Abstracts 28 (2-3), 207-217.
• [10] Hu Chenglin, 2014. Law of Overburden Fracture Evolution in Shallow Buried Close Distance Coal SeamUnder Repeated Mining [D]. China University of Mining and Technology, Xuzhou.
• [11] Itasca Consulting Group Inc, 2014. PFC2D/3D (Particle Flow Code in2/3 Dimensions),Version 5.0. Minneapolis, Itasca Consulting Group, 2014.
• [12] Jiang Fuxing, Jiang Guoan, Tan Yunliang, 2002. Discussion on Mining Method of Shallow Buried Hard Roof Thick Seam in India. Mine Pressure and Roof Management (1), 57-59 (in Chinese).
• [13] Jin Zhiyuan, 2015. Development Laws and Control of Overlying Strata Water Flowing Fractures in Repeated Disturbance Zone of Shallowly-buried Short-distance Coal Seams [D]. China University of Mining and Technology, Xuzhou.
• [14] Li Tao, Li Wenping, Chang Jinyuan, Du Pingping, Gao Ying, 2011. Permeability Features of Water-Resistant Clay Layer in NorthernShaanxi Province While Shallowly Buried Coal Mining. Journal of Mining and Safety Engineering 28, 127-131.
• [15] Ma Haifeng, Cheng Zhiheng, Liu Wei, 2017. Evolution characteristics of mining stress and overlying strata displacementfield under superimposed mining in close distance coal seam group. Journal of Safety Science and Technology 13 (5), 28-33.
• [16] Ma L., Cao, Liu Q., Zhou T., 2013. Simulation study on water-preserved mining in multi-excavation disturbed zone in close-distance seams. Environmental Engineering & Management Journal 12 (9), 1849-1853.
• [17] Ma L., Jin Z., Liang J., Sun H., Zhang D., Li P.. 2015. Simulation of water resource loss in short-distance coal seams disturbed by repeated mining. Environmental Earth Sciences 74 (7), 5653-5662.
• [18] Qian Minggao, Xu Jialin, 1998. Study on the “o-shape” circle distribution characteristics of mining- induced fractures in the overlaying strata. Journal of China Coal Society 23 (5), 466-469.
• [19] Shimizu H., Murata S., Ishida T., 2011. The distinct element analysis for hydraulic fracturing in hard rock considering fluid viscosity and particle size distribution. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 48 (5), 712-727.
• [20] Singh R.P., Yadav R.N., 1995. Subsidence due to coal mining in India. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences & Geomechanics Abstracts (7), 331A.
• [21] TaoWang, Weibo Zhou, Jinhu Chen, XiongXiao, YangLi, Xianyu Zhao, 2014. Simulation of hydraulic fracturing using particle flow method and application in a coal mine. International Journal of Coal Geology 121 (Complete), 1-13.
• [22] Tianrang J., Zimin Z., Chunan T., Yongjun Z., 2013. Num erical Simulation of Stress-Relief Effects of Protective Layer Extraction. Archives of Mining Sciences 58, 521-540.
• [23] Tu H.S., Zhang C., Zhang L., Zhang X.G., 2017. Characteristics of the Roof Behaviors and Mine Pressure Manifestations During the Mining of Steep Coal Seam. Archives of Mining Sciences 62.
• [24] Wang Fangtian, 2012. Overlying Strata Movement Laws and Ground Control of the Longwall Face Mining in a Shallow Depth Seam in Proximity beneath a Room Mining Goaf [D]. China University of Mining and Technology, Xuzhou.
• [25] Wen Hu, Yu Zhijin, Zhai Xiaowei, Liu Leizheng, Zhao Jingyu, 2015. Crack Development and Interconnected Characteristics of Closely Spaced Shallow Coal Seams Under Overlapping Mining. Safety in Coal Mines 46 (12), 46-49.
• [26] Xue Dongjie, Zhou Hongwei, Ren Weiguang, Zhang Bo-Fu, Liu Ya-Qun, Zhao Yu-Feng, 2015. Stepped shearing-induced failure mechanism and cracks propagation of overlying thin bedrocks in shallow deep coal seams mining. Journal of China Coal Society 40 (8), 1746-1752.
• [27] Yang B., Jiao Y., Lei S., 2006. A study on the effects of microparameters on macroproperties for specimens created by bonded particles. Engineering Computations 23 (6), 607-631.
• [28] Zhang Xiaomei, 2012. Gas Explosion Risk Analysis On Face of Closing-Fire-Districtin Coal Mine. Xi’an:Xi’an University of Science and Technology.
• [29] Zhao Tuanzhi, Li Wenping, Li Xiaoqin, Sun Ruhua, Zheng Zhijun, 2009.Numerical simulation on dynamic changes of stress andover burden bed separation concerned with superimposed mining. Journal of Mining and Safety Engineering 26 (1), 118-122.
• [30] Zhu Weibing, 2010. Stu dy on the Instability Mechanism of Key Strata Structure in Repeat Mining of Shallow Close Distance Seams [D]. China University of Mining and Technology, Xuzhou.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020)